一种含离子液体重负荷水基润滑切削液及其制备方法

本发明属于金属加工液，具体涉及一种含离子液体重负荷水基润滑切削液及其制备方法。

背景技术：

1、金属切削液具有冷却、润滑、防锈、清洗等功能，其在金属切削和磨削过程中起着非常重要的作用，选择合适的金属切削液可使刀具、砂轮等切削磨具的使用寿命延长，从而提高生产效率和产品质量。随着工业生产过程中，对工件精密度的要求日益严苛，想进一步提升切削效率、工作精度，并降低金属表面的粗糙程度，就必须进一步提升金属切削液的综合性能，这也成为金属切削液研究过程中亟待解决的问题。

2、离子液体又称室温离子液体、室温熔融盐，是由有机阳离子和无机阴离子组成，且在100℃以下呈液体状态的盐类。由于有机阳离子与无机阴离子的多样性，通过不同的配比组合能够设计出具备特定功能的离子液体，并被广泛应用于各个领域。而离子液体作为金属切削液添加剂，可有效改善水基切削液的极压、抗磨性以及润滑效果，从而提高其热稳定性和化学稳定性。

3、公开号为cn103555392a的中国专利公开了一种含有离子液体的微乳化金属切削液及其制备方法和应用，通过将防锈剂倒入水中形成水系，将极压添加剂、消泡剂、杀菌剂依次加入基础油中形成油系，再将水系和油系搅拌混合，加入表面活性剂、离子液体，并调节ph得到性能良好的微乳化金属切削液。虽然此专利中的金属切削液具有良好的稳定性、润滑性等特性，但是其抗摩性能中，pb值(最大卡咬无负荷)仅达到98kg，还有待改进。因此，开发一种含有离子液体的重载荷金属切削液，并适用于高精度、高要求的金属工件的切削加工具有重要意义。

4、基于此，本发明通过对切削液的成分配比进行调整，改善切削液极压润滑性以及各成分之间的相互作用，以期提高摩擦性能。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高承载、润滑性能良好的含离子液体的重负荷水基润滑切削液，通过对原料及制备工艺进行优化调整，使其具有优异的摩擦学性能。

2、本发明还提供了所述含离子液体重负荷水基润滑切削液的制备方法。

3、为了实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：

4、一种含离子液体重负荷水基润滑切削液，由下述质量份数的原料制备而成：5～7份有机酸、1～1.5份有机醇胺、10～15份合成酯、1.7～2份二烷基二硫代磷酸锌(zddp)、0.25～0.75份苯并三氮唑、0.25～0.75份消泡剂、0.5～1.5份三乙醇胺硼酸酯、12～17.6份聚醚、2～4份石油磺酸钠、2～3份吐温、19～24份司盘、1.5～15份咪唑类离子液体，以及5～15份去离子水。

5、具体的，所述合成酯为季戊四醇油酸酯、三羟甲基丙烷油酸酯、三羟甲基丙烷椰子油酸酯、癸二酸二异辛酯、新戊二醇油酸酯、硬脂酸异辛酯中的一种或几种；优选为季戊四醇油酸酯和/或三羟甲基丙烷油酸酯；进一步优选的，当所述合成酯为季戊四醇油酸酯和三羟甲基丙烷油酸酯时，两者的质量比为1：(1-10)。

6、具体的，所述有机酸为油酸、辛酸、异辛酸、癸酸、癸二酸、十一碳二元酸中的一种或几种；优选为油酸。

7、具体的，所述聚醚为乙二醇单丁醚、二乙二醇丁醚、二丙二醇丁醚中的一种或几种；优选为二乙二醇丁醚；聚醚在切削液中起到乳化、分散以及润滑的作用。

8、具体的，所述消泡剂为改性硅油和天然油脂中的一种或两种；优选为改性硅油，牌号为盟庆信ms575。

9、具体的，所述司盘为司盘20、司盘40、司盘60、司盘80中的一种或几种；优选为司盘80；司盘具有很强的乳化、分散、润滑性能，也是良好的稳定剂和消泡剂，能够提高切削液的稳定性。

10、具体的，所述吐温为吐温20、吐温40、吐温60、吐温80中的一种或几种；优选为吐温60。

11、具体的，有机醇胺为三异丙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种或几种；优选为三乙醇胺。

12、具体的，咪唑类离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯盐、1-乙烯基-3-乙基咪唑磷酸二乙酯盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐中的一种或几种；优选为1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯盐。

13、本发明所述含离子液体重负荷水基润滑切削液中的油酸、有机醇胺具有较好的防锈润滑作用及抗菌稳定作用，可以有效防腐防变质；苯并三氮唑是非常优异的金属防锈剂和缓蚀剂，能够提高切削液的防锈性能；二烷基二硫代磷酸锌(zddp)具有非常优异的极压润滑性能，起到润滑作用。

14、本发明所述含离子液体重负荷水基润滑切削液中，采用非离子型表面活性剂二乙二醇丁醚(聚醚)、司盘、吐温与阴离子表面活性剂石油磺酸钠进行复配，起到较好的乳化稳定作用，使得各个组分在水中均匀稳定分散，防止有效成分的沉降、分层、团聚、絮凝或老化，提高微乳化切削液的储存稳定性；另外，石油磺酸钠也有非常优异的防锈作用。

15、具体的，所述切削液的ph值为8.0～10.0，优选为8.0～9.0。

16、进一步的，本发明还提供了一种含离子液体重负荷水基润滑切削液的制备方法，包括以下步骤：

17、1)将有机酸和有机醇胺混合后，升温至70-80℃，均匀搅拌20-30min，得到乳状液a；

18、2)将合成酯、zddp(二烷基二硫代磷酸锌)、苯并三氮唑、消泡剂混合后，搅拌均匀，然后升温至40-50℃，得到溶液b；

19、3)将去离子水、三乙醇胺硼酸酯混合后，升温至45-55℃，均匀搅拌20-30min，得到溶液c；

20、4)将溶液c加入溶液b中，保持溶液温度在40-50℃，再加入聚醚，搅拌均匀后，一同加入乳状液a中，在40-50℃条件下均匀混合，再依次加入石油磺酸钠、吐温、司盘，均匀搅拌20-30min，得到切削液母液；

21、在切削液母液中加入咪唑类离子液体，然后再将切削液母液加水稀释，得到白色乳化液，即为所述水基润滑切削液。

22、优选的，步骤1)中有机酸和有机醇胺的质量比为(3-20):1，优选为4.8:1。

23、优选的，步骤2)中合成酯、zddp、苯并三氮唑、消泡剂的质量比为(1-10)：(0.925-9.25)：(0.25-2.5)：(0.25-2.5)，优选为4:3.7:1:1。

24、优选的，步骤3)中去离子水、三乙醇胺硼酸酯的质量比为(5-20)：1，优选为10:1。

25、优选的，步骤4)中稀释时，将切削液母液加水稀释至浓度为5-10wt％作为工作液，优选为5wt％或10wt％。

26、优选的，步骤4)中咪唑类离子液体加入量为切削液母液的3-18wt％，优选为3wt％、5wt％、7wt％、10wt％或15wt％。

27、具体的，步骤1)中所述有机酸为油酸、辛酸、异辛酸、癸酸、癸二酸、十一碳二元酸中的一种或几种；优选为油酸。

28、具体的，步骤1)中有机醇胺为三异丙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种或几种；优选为三乙醇胺。

29、具体的，步骤2)中所述合成酯为季戊四醇油酸酯、三羟甲基丙烷油酸酯、三羟甲基丙烷椰子油酸酯、癸二酸二异辛酯、新戊二醇油酸酯、硬脂酸异辛酯中的一种或几种；优选为季戊四醇油酸酯和三羟甲基丙烷油酸酯；季戊四醇油酸酯和三羟甲基丙烷油酸酯的质量比为1：(1-10)。

30、具体的，步骤2)中所述消泡剂为改性硅油和天然油脂中的一种或两种；优选为改性硅油，牌号为盟庆信ms575。

31、具体的，步骤4)中所述聚醚为乙二醇单丁醚、二乙二醇丁醚、二丙二醇丁醚中的一种或几种；优选为二乙二醇丁醚。

32、具体的，步骤4)中所述吐温为吐温20、吐温40、吐温60、吐温80中的一种或几种；优选为吐温60。

33、具体的，步骤4)中所述司盘为司盘20、司盘40、司盘60、司盘80中的一种或几种；优选为司盘80；司盘具有很强的乳化、分散、润滑性能，也是良好的稳定剂和消泡剂，能够提高切削液的稳定性。

34、具体的，咪唑类离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯盐、1-乙烯基-3-乙基咪唑磷酸二乙酯盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐中的一种或几种；优选为1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯盐。

35、进一步的，本发明还提供了所述含离子液体重负荷水基润滑切削液在金属切削或磨削加工过程中的应用。

36、具体的，切削对象为铝合金、钢、镁铝合金、锌铝合金中的一种或几种；优选铝合金。

37、与现有技术相比，本发明的优势在于：

38、1、本发明利用咪唑类离子液体实现了高载荷下的摩擦性能的提升，表现为最大无卡咬负荷pb值可达1432n，并经摩擦学性能评价具有优异的润滑性能，表现为摩擦系数低于0.1。

39、2、本发明与常见的市售润滑切削液相比，攻丝扭矩值明显降低，这说明本发明润滑切削液综合性能明显提升。

40、3、本发明相对于传统润滑切削液，制备方法简单，在较低摩擦过程中，可实现在钢-钢接触面长时间高负载条件下的润滑，且产生热量较少，降低能耗的同时保证了生产安全。

41、4、本发明所制备的润滑切削液产品还具有优良的防锈、防腐蚀性能，防锈、防腐蚀性能达到a级，综合性能优良。

42、本发明的制备方法操作简单、成本低，不需要实验昂贵的仪器设备，易于实现大规模批量生产，具有重要的应用潜力。